Кіріспе
Бұл есептік сызбалық жұмыста қысқа тұйықталған роторлы асинхронды қозғалтқыштың пайда болуын және қысқа тұйықталған роторлы асинхронды қозғалтқыштың пайдаланылуын, оның материалдық құрылысын зерттейміз.
1889 жылдың 8- наурызында орыстың ұлы ғалымы және инженері Михаил Осипович Доливо-Добровольский қысқа тұйықталған роторлы үш фазалы асинхронды қозғалтқыш жасап шығарды.
Қазіргі үш фазалы асинхронды қозғалтқыштар электр қуатын механикалық энергияға түрлендіргіш болып табылады. Қарпайым, арзан әрі аса сенімді болғандықтан, асинхронды қозғалтқыштар кең таралған. Ең көп таралған қозғалтқыштарды барлық саладан кездестіруге болады. Бүкіл әлемде шығатын қозғалтқыштардың 90 пайызы – осы асинхронды қозғалтқыштар., Асинхронды электрқозғалтқыш дүние жүзілік өнеркәсіпте шын мәнінде техникалық төңкеріс жасады. Бағасы арзан әрі мықты асинхронды қозғалтқыштарды пайдалану да оңай.
Негізгі бөлім
Қысқа тұйықталған роторлы асинхронды қозғалтқыш (249 және 250-суреттер) мынадай негізгі бөліктерден тұрады: үш фазалы орамы бар статор, қысқа тұйықтаулы орамды ротор және тірек (остов). Ротор орамы жанаспалы емес, яғни ешқандай сыртқы тізбекпен қосылмағандықтан, мұндай қозғалтқыш аса берік келеді.
Магниттік жүйе. Асинхронды машинаның тұрақты ток машинасынан айырмашылығы – айқын полюстері жоқ. Мұндай магниттік жүйені күңгірт полюсті деп атайды. Машинадағы полюс санын статор орамындағы катушка мен оларды біріктіру схемасы анықтайды. Төрт полюсті машинада (251-сур.) магниттік жүйе төрт біркелкі тарамнан тұрады да, олардың әрқайсысының бойымен бір полюсті Фп магниттік ағынның жартысы өтеді. Ал екі полюсті машинада мұндай тарамдар екеу, алты полюстіде алтау болып келеді және т.с.с. Магниттік жүйенің барлық элементтері арқылы ауыспалы магниттік ағын өтетіндіктен, ротор(1) ғана емес,
статорды (2) да лакталған оқшаулаушы үлдірмен немесе қақпен бір-бірінен ажыратылған электротехникалық болаттан қалыптайды (252-сур.). Нәтижесінде магниттік өріс айналған кезде статор мен ротордың болат темірінде пайда болатын құйынды токтардың зиянды әсері азаяды. Статор мен ротордың табақтарының ашық, жартылай жабық немесе жабық формада болып келетін ойықтарында тиісті орамдардың өткізгіштері орналасады. Статорда көбінесе тік бұрышты немесе сопақ формадағы жартылай жабық ойықтар қолданылса, аса қуатты машиналарда тік бұрышты формадағы ашық ойықтар қолданылады.
Статордың өзекшесін (1) (253-сур.) құймалы тірекке (3) нығыздайды да, стопор винттермен бекітеді. Ротордың білігін екі мойынтіректің қалқанда орнатылған шарлы мойынтіректе айналып тұратын ротор білігіне нығыздап кигізеді. Статор мен ротор арасында өте кішкентай ауа саңылауы қалады. Қуаттылығы шағын және орташа қозғалтқыштарда әдетте ондаған миллиметр саңылау болады. Мұндай саңылау машинаның магниттік тізбегінің магниттік кедергісін де, қозғалтқыштағы магнитті ағынды жасауға қажет магниттелген токты да азайтады. Магниттелген токтың азаюы қозғалтқыш қуатының коэффицентін арттыруға мүмкіндік береді.
Статордың орамы. Ол жұмыр немесе тік бұрышты қималы сымнан жасалған бірнеше катушкадан жасалаған. Ойықтардағы сымдар бір-бірімен катушка(2) түрінде қосылады (253,б – сур.). Катушкаларды статор (254,а-сур.) немесе ротор шеңбері бойында симметриялы орналасқан фаза санына сәйкес бірдей топтарға бөледі. Мұндай топтың әрқайсысында катушкалар орамның бір фазасын, яғни жеке электр тізбегін құру арқылы қосылады. Фазалық ток көп болса немесе кейбір катушканы ауыстыру қажет болса, фазалар бірнеше параллель тарамды болуы мүмкін. Бір-бірінен біраз қашықта (у) орналасқан ойықтарда жатқан екі өткізгіштен (1; 2) тұратын айналым орамның қарапайым элементі болып табылады. Бұл қашықтық шамамен бір полюстік бөлікке (т) тең.
Әдетте бір ойықта жататын сымдардан құралған орамдарды бір немесе екі катушкаға біріктіреді. Кейде «секция» деп атайтын оларды әр ойықта катушканың бір немесе екі жағы бірінің үстіне бірі жататындай етіп орналастырады. Осыған сәйкес, бір және екі қабатты орам түріне жіктеледі. Катушкаларды ойықтарға бөлудің негізгі параметрі – ойықтардың санын q полюс пен фазаға шаққандағы саны.
Екі полюсті статор орамында (254-сур. қараңыз) әр фаза (А-Х; B-Y; C-Z) үш іргелес пазада орналасқан үш катушкадан тұрады, яғни q = 3. Әдетте q > 1 болса, мұндай орам бөлінбелі деп аталады.
Ең көп тараған орам – екі қабатты бөлінбелі орамдар. Олардың секцияларын (1) (255,а-сур.) статордың ойықтарына (2) екі қабаттап салады. Статор катушкасының сымдарын ойықтарға текстолитпен (жасанды шайыр сіңірілген бірнеше қабат матадан жасалған пластикалық материал) сыналап 5 (255,б) бекітеді.
Ойықтың қабырғаларын электркартон, лакталған мата сияқты оқшаулағыш материалмен (4) жабады. Ойықтарда жатқан сымдарды машинаның екі жағынан бір-біріне дәл келетіндей етіп біріктіреді. Оларды біріктіретін сымдарды тік бөліктер деп атайды.
Статор орамының кейбір катушкаларын «жұлдыз» немесе «үш бұрыш» түрінде біріктіруге болады. Әр фазаның басы мен ұшын қозғалтқыштың алты өрісіне шығарады.
Ротор орамы. Ротор орамы «тиін» дөңгелегі (256,а- сур.) түрінде жасалады. Оны қысқа тұйықталған мыс немесе аллюминий стерженьнің екі жағынан сақиналап жасайды (256,б- сур.). Ротордың қысқа тұйықталған орамы ішіндегі кернеу нөлге тең болғандықтан, бұл орамның стерженьдерін ротор ойығына ешқандай оқшаулаусыз кіргізеді. Қысқа тұйықталған ротор ойықтары әдетте жартылай жабық, ал қуаты төмен машиналарда жабық күйде жасалады (ойықтың ауа саңылауын бөліп тұратын болаттан жасалған жиегі болады). Ойықтың бұл формасы ротор орамы өткізгіштерінің индукциялық кедергісін біраз ұлғайтқанымен, оларды жақсылап бекітуге мүмкіндік береді.
Қуаттылығы 100 кВт-қа дейін жететін қозғалтқыштарда әдетте «тиін» дөңгелегі стерженьдерін балқытылған аллюминийді ротор өзекшесінің ойықтарына құю арқылы алады (256, в-сур.). «Тиін» дөңгелегі стерженьдерімен бірге оларды екі жақтан біріктіріп тұратын қысқа тұйықтаулы сақиналарды да құяды.
Бұл мақсатта тығыздығы төмен, электрді жақсы өткізетін және оңай балқитын алюминийді пайдаланған дұрыс.
Әдетте қозғалтқышта ротор білігіне кигізілген желдеткіштер болады. Олар машинаның қызатын бөліктерін (статор мен ротордың орамдары мен болат темірін) желдету арқылы қозғалтқыштың қуатын арттыруға көмектеседі. Қысқа тұйықтаулы роторлы қозғалтқыштарда желдеткіш қалақтарын «тиін» дөңгелегінің қапталындағы сақиналармен бірге құйып шығады (256, в-сур. қараңыз).
Қысқа тұйықтаулы роторлы асинхронды қозғалтқыштардың құрылысы қарапайым, пайдалануға жеңіл. Оларды металл өңдейтін білдектер мен жүктемесі ауыр емес басқа құрылғыларды қосу үшін қолданады. Бірақ қысқа тұйықталған роторлы асинхронды қозғалтқыштарды жүктемесі ауыр жүк көтергіш құрылғылар мен компрессорларда пайдаланбайды.
Жоғары қарқынды кедергісі бар «тиін» дөңгелекті жасау барысында қосу моментін ұлғайтып, қосу тогын азайтуға болады. Бұл кезде қозғалтқыш тез тайғанап, ротор орамындағы қуат көп кемиді. Мұндай қозғалтқыштарды жоғары тайғанақты қозғалтқыштар деп атайды (АС деп белгіленеді). Оларды жаңа машиналарды қосу үшін пайдалануға болады. Ауыспалы токпен жұмыс істейтін қозғалтқыштарда (тайғанау деңгейі 10 пайызға дейін) оларды компрессорларды қосуға пайдаланады.
Қосу моменті жоғары қозғалтқыштар. Қосу моменті жоғары қысқа тұйықталған асинхронды қозғалтқыштардың роторының арнайы конструкциясы бар (АП деп белгіленеді). Оған қос «тиінді» дөңгелегі бар қозғалтқыштар мен терең ойықты қозғалтқыштар жатады.
Қос «тиінді дөңгелегі» бар ротордың 3 (257,а-сур.) қысқа тұйықталған екі орамы болады. Сыртқы дөңгелек (1) қосушы болып табылады. Ол жоғары қарқынды және төмен реактивті кедергілерге ие. Ішкі дөңгелек (2) ротордың негізгі орамы болып табылады; ол, керісінше төмен қарқынды және үлкен реактивті кедергіге ие. Бастапқы қосу моментінде ток көбінесе айналмалы момент құрайтын сыртқы дөңгелек бойымен өтеді. Айналу жиілігі ұлғайған сайын ток ішкі дөңгелекке ауысады да, қосу процесі аяқталғаннан кейін машина кәдімгі бір (ішкі) дөңгелегі бар қысқа тұйықталған қозғалтқыш сияқты жұмыс істейді.
Ротордың екі клеткасында индукцияланатын ток жиілігі жоғары болғанда ротордың жоғарғы өткізгіштеріне токтың ығысуы қозғалмайтын роторға күшті әсер етеді. Бірақ екі клетканың да индукциялық кедергісі қарқындырақ болып келеді де, ток екеуінің арасында кері пропорциялы түрде бөлінеді, яғни көбінесе сыртық клетка бойымен өтеді. Ротордың айналым жиілігі артқан сайын ондағы ток жиіліг аязая береді де ток ішкі клетка арқылы өтеді.
Сонымен, «тиін» дөңгелегі екі қозғалтқышты қосу процесі фазалық роторлы асинхронды қозғалтқышты қосу процесіне ұқсайды. Екеуінде де қосар алдында ротор орамы тізбегіне қосымша қарқынды кедергі (қосу реостаты) жіберіледі де, сосын күш алған сайын бұл кедергі жойыла береді. Ал қарастырылып отырған қозғалтқышта ток қосар алдында сыртқы дөңгелек арқылы ток үлкен қарқынды кедергімен өтіп, кейін күшейуіне қарай қарқыны бәсең кедергісі бар ішкі дөңгелекке біртіндеп өтеді.
Қосу клеткасы кедергісін арттыру үшін оның стерженьдерін марганец араласқан латунь немесе қоладан әзірлейді. Жұмыс клеткасының стерженьдерін кедергі үлесі аз мыстан жасайды. Нәтижесінде қосу клеткасының қарқынды кедергісі жұмыс кедергісіне қарағанда 4-5 есе ұлғаяды. Екі клетканың стерженьдері арасында жіңішке саңылау (5) болады, оның мөлшерін жұмыс клеткасының индукциялығы анықтайды. Роторды дайындау технологиясын оңайлату үшін төмен және орташа қуатты екі клеткалы қозғалтқыштар құйылмалы аллюминий клеткадан жасайды.
Терең ойықты қозғалтқыштардың іске қосылуы да (257, б – сур.) токты ығыстыру құбылысын пайдалануға негізделген. Бұл қозғалтқыштарда «тиін дөңгелегі» стерженьдері ротордың терең ойықтарына (ойықтың ұзындығы оның енінен 10-12 есе көп) тығыздалған жіңішке мыс доңғалақ түрінде жасалған. Ротор бетінен әрірек орналасқан стерженьдердің төменгі қабаттары жоғарғы қабаттарға қарағанда шашырау ағынының магниттік сызықтарын көбірек қамтиды (257, г-сур.). Сондықтан олардың индукциясы көп есе жоғары болады. Қосар алдында стерженьнің төменгі бөліктерінің индукциялық кедергісінің ұлғаюы нәтижесінде ток көбінесе жоғарғы бөліктер арқылы өтеді. Бұл кезде әр стерженьнің көлденең қимасының аз бөлігі ғана пайдаланылады да, бұл оның қарқынды кедергісін арттырып, демек, ротордың бүкіл орамының қарқынды кедергісін ұлғайтады.
Ротордың айналу жиілігі ұлғайған сайын стерженьдердің жоғарғы бөліктеріне ток ығысуы кеми түседі (қос «тиінді дөңгелекті қозғалтқыштағыдай). Сөйтіп, қосу аяқталған соң ток көлденең қима аумағы бойымен бірдей тарайды.
Қорытынды
Қысқа тұйықталған роторлы асинхронды қозғалтқыштың фазалық роторы бар асинхронды қозғалтқыштан да, тұрақты токпен жүретін қозғалтқыштан да көп айырмашылығы бар. Бұл айырмашылықтар ротор орамы тізбегіне қосымша кедергі қосу мүмкіндігін қарастырылмаған оның роторының құрылысындағы ерекшеліктерге негізделген.
Фазалық роторы бар асинхронды қозғалтқышты қосқан кезде оның роторының тізбегіне қосымша кедергі жіберіледі. Қосу реостаты кедергісінің тиісті шамасын іріктеу арқылы қозғалтқыштың қосу тогын қажетті шамаға дейін азайтуға болады. Сонымен бірге ротор тізбегіне кедергі жіберу арқылы қозғалтқыштың қосу моментін реттеуге мүмкін туады. Қосу реостаты кедергісінің белгілі бір шамасы арқылы қозғалтқышты қайта қосылу қабілетіне сай ең жоғары қосу моментін алуға болады. Қозғалтқыш күш алған сайын кедергіні қуу арқылы токтың шектеулі шамасымен қозғалтқышты тез қосуға боалды. Егер ротор дөңгелек ойықты болса, онда қозғалтқыштың бастапқы қосу моменті шамалы болады. Ротордың тізбегіне қосымша кедергі жіберу арқылы қосу тогын азайтып, қозғалтқыштың қосу моментін ұлғайтуға болмайды. Қозғалтқыштың бастапқы қосу моментінен 4,5-7 есе көп ток жіберу желіге салмақ түсіріп, қуаты жоғары қозғалтқышты қосқан кезде қоректендіруші желідегі кернеудің азаюына әкеліп соғады. Бұл басқа ток қабылдағыштардың жұмыс істеуіне жайсыз әсер етеді.